ARTICLE PREMIER

Faits de l'ordre chimique

§ I" Les poids atomiques

48 Diversité et constance des poids atomiques.

On donne le nom ^\ atome à la plus petite quantité de matière nui puisse représenter un corps simple. ^

Bien que d'une petitesse infinitésimale, l'atome possède cependant un poids relatif nettement détermine ^).

I) « De nombreuses expènenccs, écnt Nerns., nous ont appris que.ni dans ,es^chan,en.ents physiques d'une substance, n. ^^^^;^;^ chimiques, on n'observe une variation de sa masse... En faveu. ^^^ ^ f^^^ ' ude de cette proposition témoignent une multitude ^^^^ >';" thèses ch.miques. . Nernst, Traité Je ckinùc générale Première P« -• P.^; Paris. Ilermann, tçn. - « On pourrait penser, dit-.l encore, q"e 'a not^m de l'a.ome doit être ébranlée par la théorie de la ^^^'^'''^-^^^ bien insister sur ce que l'.dée de l'a.ome dans les phénomènes ph>s,ques

Des quatre-vingt-dix corps élémentaires actuellement connus, il n'en est même aucun qui n'ait son poids atomique spécifique. Aussi, en tenant compte de la valeur croissante de leurs masses atomiques, le chimiste les a rangés en une échelle continue qui s'étend de l'hydrogène, dont le poids est représenté par l'unité, à l'uranium dont l'atome équivaut à 238,5. L'atome de l'oxygène, par exemple, pèse 16, celui du soufre 32, du zinc 65, de l'argent 108, de l'or 196, etc.

Ces masses diffèrent donc considérablement les unes des autres par la quantité relative de matière qu'elles renferment. Néanmoins, chose étonnante, l'une n'est pas plus susceptible de fractionnement que l'autre, et l'énorme masse atomique de l'uranium conserve aussi bien son intégrité, au sein des réactions chimiques, que la plus petite portioncule d'hjTlrogène ').

4g. Critique de l'explication mécanique. -- Cette persistance constante des poids atomiques, malgré leur grande diversité quantitative, demande une cause. Quelle est-elle ?

Dans la théorie mécanique, on ne peut, pour justifier ce fait, faire appel qu'à deux réalités : la masse et le mouvement local ; car l'univers matériel se réduit à ces deux seuls facteurs.

La masse, nous dit-on, est homogène. Parfait. Mais si la matière de tous les corps est partout la même, pourquoi n'estelle pas partout divisible de la même manière ? D'où vient que

chimiques ordinaires persiste après cuiniiie avant, puisque nous ne connaissons aucune voie ni moyen d'influencer celte division des atomes qui est toute spontanée. » Oin^. cité, p. 477.

M « Les résultats donnés dans les derniers temps par l'étude de la radioactiviié, de la spectroscopie et des rayons cathodiques permettent de considérer comme probable que les atomes chimiques ne sont pas simples, qu'ils sont composés de particules distinctes, d'électrons ; l'atome d'hydrogène contiendrait environ 2000 de ces électrons. Mais cela ne change rien à la conclusion ci-dessus, car on ne connaît pas de réaction où le chimiste puisse (provoquer une action chimique de ces électrons. » Herz, Les hases physico-chimiques de la chimie analytique, p. I2. Paris, Gauthier- Villars. 1909.

dans chaque corps, la division s'arrête forcément à ces limites différentielles qui circonscrivent les masses atomiques? Placer dans l'homogénéité de la matière la raison explicative de la diversité constante de ces poids, n'est-ce pas rattacher une diversité d'effets à une identité absolue de cause ?

Le second facteur est le mouvement local. D'après la théorie, les atomes des différents corps siuiples possèdent une quantité propre de mouvement, et ce mouvement inaliénable, cause de toutes les propriétés distinctives de l'atome, est aussi l'agent protecteur de l'intégrité de sa masse. L'invariabilité des mouvements spécifiques, tel serait donc le principe explicatif du fait. La chimie confîrme-t-elle l'h^'pothèse ?

S'il est pour le chimiste un fait évident, c'est bien la variabilité constante des mouvements atomiques. Pas une seule réaction ne se produit sans qu'ils ne subissent des changements-. Et lorsqu'il s'agit de corps doués de grande affinité mutuelle, les atomes perdent parfois une somme si considérable de chaleur, d'électricité et en général d'énergie, qu'ils restent insensibles aux réactifs les plus puissants. C'est le cas, par exemple, pour le sulfate de Baryum BaSO^, l'un des corps les plus inertes du monde inorganique. Bien que les atomes qui le constituent soient très actifs à l'état de liberté, ils sont comme frappés de mort au sein de cette synthèse nouvelle, tant la réaction chimique leur a fait perdre de leurs mouvements respectifs.

Or c'est la loi de tous les atomes de pouvoir passer par ces vicissitudes multiples qui dépriment ou réduisent à un mininunn d'intensité leur énergie native ').

') Pour M. Vignon, la conservation de ces mouvements spccifi(]U(s serait même imjiossible en dehors des cas de combinaison.

« I e Mécanisme, dit-il. va nous dire que les corps sim|)les sont caractérises suriout par la forme de leur vibration att)mique typique.. Voudra-t-on bien nous diic comment celte vibration s'est établie sans force spécifique ? Si elle s'est établie par hasaid, voit-on vi aiment dans sa conservation l'eUet des chocs atomiques ! Pour nous, l'eUet de cc's ciiocs serait exactement

Les mouvements tutélaires de l'intégrité atomique étant donc essentiellement variables et réductibles, comment se fait-il que les masses élémentaires, une fois dépouillées de ces agents protecteurs, triomphent toujours de toutes les forces physiques et chimiques qui tendent à les fractionner ? Au moins, les grosses masses, semble-t-il, comme celles du plomb 207, ou du mercure 200, devraient s'éparpiller en fragments plus ténus. Il n'en est rien cependant ; l'expérience nous le prouve.

Cette difficulté est très grave pour le mécanisme. Le P. Secchi, l'un des défenseurs les plus autorisés de la théorie, confessait volontiers « que jusqu'ici, l'on n'a pas encore fourni la raison de la diversité constante des poids atomiques » ').

50. Objection. — Actuellement, de nombreux savants se demandent si nos atomes chimiques ne sont pas eux-mêmes des produits de condensation progressive d'une matière primitive homogène, disséminée, à l'origine, dans l'espace en particules infinitésimales. Or, cette hypothèse admise, on comprendrait sans peine que les puissantes énergies dont disposait la nature au commencement des temps aient pu agglomérer la matière en particules, de masse différente, mais assez stables pour résister désormais aux influences de nos forces amoindries de désagrégation ^).

inverse. Plaçons de l'hydrogène dans un ballon. Les chocs des atonies H contre les parois du ballon auront vite fait de déranger ces admirables vibrations spécifiques, que des chocs avaient réalisées, si les chocs réciproques de ces atomes ne sont pas déjà des causes très suffisantes de perturbation. Quand nous retrouverons notre gaz. ce ne sera plus de l'hydrogène, car les atomes n'auront pas conservé leur vibration spécifique. » Cfr. ViGNON, préparateur de zoologie à la Sorbonne, La notion de Jovce, le prmcipe de l'énergie et la biologie générale, p. 30, Paris, 1900.

') P. Secchi, L'Unité des for ce<i physiques, p. 133. Paris, Savy, 1869.

-) « Les propriétés des différents éléments, dit Spencer, résultent d'une dilîérence d'arrangement provenant de la composition et recomposition d'unités ultimes homogènes. » (^fr. Conte^nporary Rcvic-d, juin 1872.

C'est aussi la pensée qu'a développée le célèbre chimiste Crookes à

Ce n'est pas le lieu de discuter la valeur de l'hypothèse. Quel qu'en soit le bien fondé, elle recule la question sans la résoudre.

En dépit des circonstances de leur formation, nos masses atomiques actuelles resteraient homogènes et les mouvements internes dont elles seraient animées subiraient la loi inéluctable de la variabilité.

Pas de choc, nous dit la mécanique, sans perte de mouvement. Si nos atomes chimiques sont eux-mêmes des agrégats, c'est aux dépens de leurs parties constituantes que se fera cette perte d'énergie dont témoignent à l'évidence nos réactions chimiques. Sinon, quel serait le support du mouvement ? Soumis comme tous les autres à des variations infinies, les mouvements primitifs, intérieurs à l'atome, finiront par céder à la loi du nivellement de l'énergie, et avec eux disparaîtra la prétendue cause de la stabilité atomique.

D'ailleurs, à douer l'atome d'un mouvement spécifique, inaliénable, on arrive à renier l'un des principes fondamentaux de la théorie, à savoir l'homogénéité de la matière. Proclamer l'identité absolue de tous les substrats matériels, et en faire en même temps le siège d'exigences spéciales ou d'aptitudes spécifiques à l'égard de telle ou telle quantité de mouvement, revient à accorder à un même sujet deux attributs contradictoires. Une matière universellement homogène doit s'accommoder d'un mouvement quelconque et n'en réclamer aucun de préférence à un autre. En un mot, il faut de toute nécessité qu'elle soit indifférente.

lîirmingham, en septembre 1886, devaiK la section chimique de l'Association britannique. — Item cfr. 1. .Tarkovski, Hypothèse cinétique de la gravitation universelle en connexion avec la formation des éléments chimiques. Moscou, 1888.

L'hypothèse de la complexité de l'alome chimique a reçu une puissante confirmation de la découverte de la radioactivité de la matière. La théorie électronique, qui tend à rendre compte de ce phénomène, semble répondre aux exigences des faits. Aussi, à l'heure présente, presque tous les physiciens regardent l'atome chimique comme un édifice très complexe. Cfr. plus haut. Art. IL La Co7islitiition de l'atome clii/iiique, p. 9.

L'affinité chimique

51. Notion de l'affinité. — Le monde inorganique résulte des combinaisons variées de quatre-vingt-dix corpssimples environ. Toutefois, ces associations ne se font pas au caprice du hasard. Chaque corps a ses tendances propres, ses ]')références marquées que la nature comme le chimiste doit respecter.

Certains éléments ont une sympathie mutuelle si prononcée qu'il suffit de les mettre en contact pour en déterminer l'union. D'autres veulent bien aussi se combiner, mais à la condition qu'on supprime au préalable certains obstacles qui s'opposent à l'essor spontané de leurs activités, tel le frottement chimique ou l'union trop étroite des atomes dans la molécule.

Plusieurs ne s'unissent que moyennant l'apport d'une certaine quantité de chaleur.

Quelques-uns ont une aptitude si faible qu'ils ne cèdent que dans des circonstances exceptionnelles et ne réalisent que des unions précaires.

Il en est enfin dont l'antipathie mutuelle est réellement invincible, quel que soit le moyen employé pour en triompher.

Cette propriété, en vertu de laquelle les corps tendent à former des composés déterminés, s'appelle « affinité».

Longtemps les chimistes la définirent : « l'aptitude des contraires à la combinaison » \). C'est un fait digne de remarque que les unions les plus naturelles, les plus spontanées se forment surtout entre les éléments dont les propriétés phvsiques et chimiques diffèrent davantage.

Wurtz avait trouvé un mot très expressif ])our la désigner en l'apjKdant « force élective ». « L'affinité, dit- il, c'est l'énergie chimique ; elle détermine l'intensité et le sens des réactions »/).

') Hexry, Précis de chimie, t. I, p. 57. Lduvain. -) Wl'KTz, La théorie atomique, p. 165.

lOI

Actuellement, la plupart des chimistes interprètent dans un sens plus large cette notion d'affinité. Ils comprennent sous ce nom, non seulement la force chimique qui unit les atomes hétérogènes dans la molécule du composé, mais aussi la force attractive qui s'exerce entre les atomes homogènes d'un même corps. D'après cette opinion, il y aurait donc de l'affinité entre les deux atomes d'hydrogène constitutifs de la molécule H^ comme entre les deux atomes de chlore et d'hydrogène dans la molécule HCl. En un mot, l'hétérogénéité ne serait plus une condition nécessaire de l'affinité ').

A la suite de Berthelot, les chimistes avaient cru découvrir, dans la quantité de chaleur dégagée par les combinaisons, la mesure de l'affinité des éléments qui y concourent. « Tout changement chimique, accompli sans l'intervention d'une énergie étrangère, disait le chimiste français, tend vers la production du corps ou du système de corps qui dégage le plus de chaleur » ^). ^

Ce principe, appelé par son auteur « principe du travail maximum », fut longtemps considéré comme exprimant la véritable orientation des activités chimiques, le sens suivant lequel elles doivent se produire. Il est pour le chimiste, disait Gautier, d'une souveraine importance parce qu'il permet de prévoir et de prédire les combinaisons ■^).

') Celte conception unitaire de l'affinité est loin de s'imposer. Il eût été plus logique d'admettre, en conformité d'ailleurs avec les faits, que les atomes p(iuvent s'unir suivant deux sortes de forces : les atomes homogènes sont groupés parles forces attractives ordinaires; les atomes hétérogènes se combinent sous l'influence des attractions et répulsions électriques. I a théorie électronique nouvelle, les pliénomènes de l'éloclrolysc, l'interprétation dcs.complexes sont autant de faits ijui nous ramènent à l'hypothèse dualistique d'après laquelle, un rôle considérable doit être accordé au carac tère positif et négatif des substances réagissantes. Cfr. Xernst, Traite de chimie générale, t. I, p. 324. Paris, Hermann, 191 1. ■^) Bkkthki.ot, Esfiiii de mêc.uiiijw^ ckiinique, I. 1, p. 29. Paris, Uunod, 1S79 •') GAtrniCR, Cour<i de chimie, t. I, p. 28. Paris, Savy, 1S87.

52. Le dégagement de chaleur n'est pas une mesure adéquate de l'affinité. — Malheureusement, cette règle si simple et si utile pour la prévision des phénomènes chimiques, manque de rigueur scientifique et se trouve même contredite par des faits nombreux.

On connaît des réactions qui se font spontanément en absorbant de la chaleur. Tels sont, par exemple, les mélanges réfrigérants ').

Il y a ensuite les phénomènes d'équilibre et les actions réversibles. Lorsqu'on met dans un bocal de la vapeur d'iode et de l'hydrogène, la combinaison commence immédiatement et nous donne H, -f- lo^ = 2 HIo. ]\lais la formation de l'acide HIo ne se continue pas jusqu'à ce que tout l'hydrogène et tout l'iode soient combinés. Après un certain temps, l'action cesse et l'on trouve dans le bocal^une certaine quantité d'hydrogène et d'iode libre, et une certaine quantité d'acide iodh^'drique. Si la pression et la température restent constantes, le rapport entre ces deux quantités ne change plus ; il s'établit un équilibre chimique, en ce sens que le nombre de molécules HIo qui se forment est égal au nombre de molécules du même acide HIo qui se décomposent. Il se fait donc deux actions chimiques inverses et simultanées ^).

Or dans le cas d'équilibre, la plus légère modification apportée soit à la température, soit à la pression, suffit pour orienter

') Un mélange d'acide chlorhydrique et de sulfate de sodium cristallisé détermine un froid considérable. Pour sauvegarder son principe, Berthelot dislinguaii, dans les cas de ce genre, deux sortes de phénomènes thermiques, l'un d'origine chimique, l'autre d'origine physique provenant d'un changement d'état. L'absorption de chaleur était due, d'après lui, non pas à l'action •chimique, mais au phénomène physique. M. Brunhes regarde cette distinction comme fondée, car ces deux énergies, l'une chimique, l'autre physique sont de qualité différente. Cfr. Bruxhes, La dégradation de l'énergie, p. 174. Paris, Flammarion, 1908.

^) Herz, Les hases physico-chimiques de la chimie aiialylique. p. 99. Gau- Ihier-Villars, 1909.

la réaction chimique dans le sens de la combinaison ou dans le sens de la décomposition ').

D'autre part, il est clair que si la formation d'un corps dégage de la chaleur, la décomposition doit en absorber une quantité équivalente, en vertu de ce principe, qu'un corps, en se décomposant, reprend toute la chaleur qu'il avait perdue en se combinant.